高中物理解題技巧

2022-06-09 06:27:02 字數 4781 閱讀 9743

高中階段,最難學的課程是物理,既要求學生有過硬的數學功底,還要學生有較強的空間立體感和抽象思維能力。本總論較詳細地介紹了48種高中物理活題巧解的方法,加上磁場部分「難點巧學」中介紹的「結論法」,共計有49種方法,這些方法中有大家很熟悉的、用得很多的整體法、隔離法、臨界條件法、向量**法等,也有用得很少的補償法、微元法、節點電流法等,更多的是用得較多,但方法名稱還未統一的巧解方法,這些方法用起來很巧,給人以耳目一新、豁然開朗的感覺,本總論給出了較科學合理的方法名稱。古人云:

授人以魚,只供一飯之需;授人以漁,則一生受用無窮,本書編者本著「一切為了學生,為了一切學生,為了學生的一切」的宗旨,嘔心瀝血地編寫了這本書,以精益求精的質量、獨具匠心的創意,教會學生在短時間內提高物理分析、解題技能,縮短解題時間,對減輕學習負擔、開發智力、提高學習成績有極大地幫助。

一、整體法

研究物件有兩個或兩個以上的物體,可以把它們作為一下整體,整體質量等於它們的總質量。整體電量等於它們電量代數和。

有的物理過程比較複雜,由幾個分過程組成,我們可以把這幾個分過程看成乙個整體。

所謂整體法就是將兩個或兩個以上物體組成的整個系統,或由幾個分過程組成的整個過程作為研究物件進行分析研究的方法。

整體法適用於求系統所受的外力,計算整體合外力時,作為整體的幾個物件之間的作用力屬於系統內力不需考慮,只需考慮系統外的物體對該系統的作用力,故可使問題化繁為簡。

例1:在水平滑桌面上放置兩個物體a、b如圖1-1所示,ma=1kg,mb=2kg,它們之間用不可伸長的細線相連,細線質量忽略不計,a、b分別受到水平間向左拉力f1=10n和水平向右拉力f2=40n的作用,求a、b間細線的拉力。

【巧解】由於細線不可伸長,a、b有共同的加速度,則共同加速度對於a物體:受到細線向右拉力f和f1拉力作用,則,即

f=20n

【答案】=20n

例2:如圖1-2所示,上下兩帶電小球,a、b質量均為m,所帶電量分別為q和-q,兩球間用一絕緣細線連線,上球又用絕緣細線懸掛在開花板上,在兩球所在空間有水平方向的勻強電場,場強為e,平衡細線都被拉緊,右邊四圖中,表示平衡狀態的可能是:

【巧解】對於a、b構成的整體,總電量q=q-q=0,總質量m=2m,在電場中靜止時,ab整體受到拉力和總重力作用,二力平衡,故拉力與重力在同一條豎直線上。

【答案】a

說明:此答案只侷限於a、b帶等量正負電荷,若a、b帶不等量異種電荷,則a與天花板間細線將偏離豎直線。

例3:如圖1-3所示,質量為m的木箱放在水平面上,木箱中的立桿上套著乙個質量為m的小球,開始時小球在杆的頂端,由靜止釋放後,小球沿杆下滑的加速度為重力加速度的,即,則小球在下滑的過程中,木箱對地面的壓力為多少?

【巧解】對於「一動一靜」連線體,也可選取整體為研究物件,依牛頓第二定律列式:故木箱所受支援力:,由牛頓第三定律知:木箱對地面壓力。

【答案】木箱對地面的壓力

例4:如圖1-4,質量為m的物體a放置在質量為m的物體b上,b與彈簧相連,它們一起在光滑水平面上做簡諧振動,振動過程中a、b之間無相對運動,設彈簧的勁度係數為k,當物體離開平衡位置的位移為x時,a、b間摩擦力f的大小等於( )

a、0 b、kx c、 d、

【巧解】對於a、b構成的整體,當系統離開平衡位置的位移為x時,系統所受的合力為f=kx,系統的加速度為,而對於a物體有摩擦力,故正確答案為d。

【答案】d

例5:如圖1-5所示,質量為m=2kg的物體,在水平力f=8n的作用下,由靜止開始沿水平方向右運動,已知物體與水平面間的動摩擦因數μ=0.2,若f作用t1=6s後撤去,撤去f後又經t2=2s物體與豎直壁相碰,若物體與牆壁作用時間t3=0.

1s,碰後反向彈回的速度ν=6m/s,求牆壁對物體的平均作用力fn(g取10m/s2)。

【巧解】如果按時間段來分析,物理過程分為三個:撤去f前的加速過程;撤去f後的減速過程;物體與牆壁碰撞過程。分段計算會較複雜。

現把全過程作為乙個整體(整體法),應用動量定理,並取f的方向為正方向,則有代入資料化簡可得fn=280n

【答案】fn=280n

巧練:如圖1-6所示,位於水平地面上的斜面傾角為а,斜面體的質量為m,當a、b兩物體沿斜面下滑時,a、b間無相對滑動,斜面體靜止,設a、b的質量均為m,則地面對斜面體的支援力fn及摩擦力f分別是多少?若斜面體不是光滑的,物體a、b一起沿斜面勻速下滑時,地面對斜面體的支援力fn及摩擦力f又分別是多少?

巧練2:如圖1-7所示,mn為豎直牆壁,pq為無限長的水平地面,在pq的上方有水平向左的勻強電場,場強為e,地面上有一點a,與豎直牆壁的距離為d,質量為m,帶電量為+q的小滑塊從a點以初速vo沿pq向q運動,滑塊與地面間的動摩擦因數為μ,若μmg<eq,滑塊與牆mn碰撞時無能量損失,求滑塊所經歷的總路程s。

二、隔離法

所謂隔離法就是將研究物件(物體)同周圍物體隔離開來,單獨對其進行受力分析的方法。隔離法適用於求系統內各物體(部分)間相互作用。在實際應用中,通常隔離法要與整體法結合起來應用,這樣更有利於問題的求解。

例1:如圖2-1所示,在兩塊相同的豎直木板之間,有質量均為m的4塊相同的磚,用兩個大小均為f的水平力壓木板,使磚靜止不動,則第1塊對第2塊磚摩擦力大小為( )

a、0 b、mg/2 c、mg d、2mg

【巧解】本題所求解的是第1塊對第2塊磚摩擦力,屬於求內力,最終必須要用隔離法才能求解,研究物件可以選1,也可以選2,到底哪個更簡單呢?若選2為研究物件,則1對2的摩擦力及3對2的摩擦力均是未知的,無法求解;而選1為研究物件,儘管2對1的摩擦力及左板對1的摩擦力均是未知的,但左板對1的摩擦力可以通過整體法求解,故選1為研究物件求內力較為簡單。

先由整體法(4塊磚作為乙個整體)可得左、右兩板對系統的摩擦力方向都豎直向上,大小均為4mg/2=2mg,再以1為研究物件分析,其受力圖2-2所示(一定要把它從周圍環境中隔離開來,單獨畫受力圖),1受豎直向下的重力為mg,左板對1的摩擦力f左板豎直向上,大小為2mg,故由平衡條件可得:2對1的摩擦力f21豎直向下,大小為mg,答案應選c項。

【答案】c

例2:如圖2-3所示,斜面體固定,斜面傾角為а,a、b兩物體疊放在一起,a的上表面水平,不計一切摩擦,當把a、b無初速地從斜面頂端釋放,若運動過程中b沒有碰到斜面,則關於b的運動情況描述正確的是( )

a、與a一起沿斜面加速下滑

b、與a一起沿斜面勻速下滑

c、沿豎直方向勻速下滑

d、沿豎直方向加速下滑

【巧解】本題所求解的是系統中的單個物體的運動情況,故可用隔離法進行分析,由於不計一切摩擦,而a的上表面水平,故水平方向上b不受力。由牛頓第一定律可知,b在水平方向上運動狀態不變(靜止),故其運動方向必在豎直方向上。因a加速下滑,運動過程中b沒有碰到斜面(a、b仍是接觸的),即a、b在豎直方向上的運動是一樣的,故b有豎直向下的加速度,答案d正確。

【答案】d

例3:如圖2-4所示,固定的光滑斜面體上放有兩個相同的鋼球p、q,mn為豎直擋板,初狀態系統靜止,現將擋板mn由豎直方向緩慢轉至與斜面垂直的方向,則該過程中p、q間的壓力變化情況是( )

a、一直增大 b、一直減小 c、先增大後減小 d、一直不變

【巧解】本題所求解的是系統內力,可用隔離法來分析,研究物件可以選p,也可以選q,到底選哪個更簡單呢?當然選p要簡單些,因為p受力個數少,p受到重力、斜面的支援力n斜(垂直斜面向上)和q的支援力nq(沿斜面斜向上)共三個力作用,由平衡條件可知,這三個力的合力為零,即重力沿n斜,nq反方向的分力分別與n耕、nq的大小相等,在轉動擋板過程中,重力的大小及方向都不變,而n耕、nq的方向也都不變,即分解重力的兩個方向是不變的,故分力也不變,故d選項正確

【答案】d

例4:如圖2-5所示,人重g1=600n,木板重g2=400n,人與木板、木板與地面間滑動摩擦因數均為μ=0.2,現在人用水平力f拉繩,使他們木板一起向右勻速動動,則( )

a、人拉繩的力是200n

b、人的腳給木板的摩擦力向右

c、人拉繩的力是100n

d、人的腳給木板的摩擦力向左

【巧解】求解人與板間的摩擦力方向,屬求內力,須用隔離法,研究物件可選人,也可以選板,到底選哪個更簡單呢?當然選人要簡單些,因為人受力個數少,以人為研究物件,人在水平方向上只受繩的拉力(水平向右)和板對人的摩擦力兩個力作用,屬二力平衡,故板對人的摩擦力向左,由牛頓第三定律可知,人的腳給木板的摩擦力向右,b、d兩個選項中b選項正確。

繩的拉力屬外力,可用整體法來求解,人與板相對地向右運動,滑動摩擦力水平向左,而其大小為;人與板系統水平向右受到兩個拉力,故由平衡條件可得:2t=f,故t=100n,答案c選項正確。

【答案】b、c

巧練1:如圖2-6所示,半徑為r的光滑球,重為g,光滑木塊厚為h,重為g1,用至少多大的水平f推木塊才能使球離開地面?

巧練2:如圖2-7所示,a、b兩物體疊放在轉台上(a在上,b在下),並隨轉台一起勻速運動,則關於a對b的摩擦力的判斷正確的是( )

a、a對b沒有摩擦力

b、a對b有摩擦力,方向時刻與線速度方向相反

c、a對b有摩擦力,方向時刻指向轉軸

d、a對b有摩擦力,方向時刻背離轉軸

三、力的合成法

乙個力如果產生的效果與幾個力共同作用所產生的效果相同,這個力就叫做那幾個的合力,而那幾個力就叫做這個力的分力,求幾個力的合力叫力的合成。

力的合成遵循平行四邊形法則,如求兩個互成角度的共點力f1、f2的合力,可以把表示f1、f2的有向線段作為鄰邊,作一平行四邊形,它的對角線即表示合力大小和方向。

共點的兩個力f1、f2的合力f的大小,與兩者的夾角有關,兩個分力同向時合力最大,反向時合力最小,即合力取值範圍力│f1-f2│≤│f1+f2│

合力可以大於等於兩力中的任乙個力,也可以小於任乙個力,當兩力大小一定時,合力隨兩力夾角的增大而減小,隨兩力夾角的減小而增大。

如果乙個物體a對另乙個物體b有兩個力作用,當求解a對b的作用力時,通常用力的合成法來求解。

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